第二章 机器人机械结构.ppt

1、第二章 机器人的机械结构,第一节 机器人的组成和分类,一、机器人的组成 1、机械部分 2、传感器（一个或多个） 3、控制器 4、驱动源,二、机器人的分类,1、按照结构形态，负载能力和动作空间划分可分为 超大型机器人：负载能力 1000 kg 以上 大型机器人：100-1000 kg / 10 m2 以上 中型机器人：10-100 kg / 1 10 m2 小型机器人：0.1-10 kg / 0.1-1 m2 超小型机器人：0.1 kg 以下 / 0.1 m2 以下,伺服控制机器人 非伺服机器人,2、按机器人的控制方式分类,3、按机器人结构坐标系特点方式分类 1）直角坐标型机器人 2）圆柱坐标型

2、机器人 3）极坐标型机器人 4）关节型机器人,通过沿三个互相垂直的轴线的移动来实现机器人手部空间位置的改变,通过两个移动和一个转动实现位置的改变,运动由一个直线运动和两个转动组成,运动由前后的俯仰及立柱的回转组成,气力驱动式 液力驱动式 电力驱动式 新型驱动方式,4、按驱动方式可分为,1）机座固定式机器人 固定式机器人被固定在一个底座上，不能移动，其工作范围有限。 2）机座移动式机器人 移动式机器人可沿某个方向或任意方向移动，工作范围较大，常见的有轮式机器人、履带式机器人和步行机器人。,5、按机座可动性可分为,三、机器人常见的图形符号 机器人的结构与传统的机械相比，所用的零件和材料以及装配方法

3、等与现有的各种机械完全相同。常用的关节有移动、旋转运动副。,机器人的机构运动简图是为了用简洁的线条和符号来表达机器人的各种运动及结构特征。在国标GB/T12643-90中规定了机器人有关的各种运动功能的图形符号。,机构简图,直角坐标式,圆柱坐标式,球坐标式,关节坐标式,第二节 机器人的主要技术参数,机器人的技术参数反映了机器人可胜任的工作、具有的最高操作性能等情况，是设计、应用机器人必须考虑的问题。机器人的主要技术参数有自由度、分辨率、工作空间、工作速度、工作载荷等。,1、自由度 机器人具有的独立坐标轴运动的数目。 机器人的自由度是指确定机器人手部在空间的位置和姿态时所需要的独立运动参数的数目

4、。手指的开、合，以及手指关节的自由度一般不包括在内。 机器人的自由度数等于关节数目。 机器人常用的自由度数一般不超过56个。,关节（Joint）：即运动副，允许机器人手臂各零件之间发生相对运动的机构。,2、工作空间 机器人手臂或手部安装点所能达到的所有空间区域。 其形状取决于机器人的自由度数和各运动关节的类型与配置。 机器人的工作空间通常用图解法和解析法两种方法进行表示。,侧视图,俯视图,机器人的运动速度是指单关节速度；最大工作速度通常指机器人末端的最大速度,3、工作速度 机器人在工作载荷条件下、匀速运动过程中，机械接口中心或工具中心点在单位时间内所移动的距离或转动的角度,4、工作载荷 指机器

5、人在工作范围内任何位置上所能承受的最大负载，一般用质量、力矩、惯性矩表示。还和运行速度和加速度大小方向有关，一般规定高速运行时所能抓取的工件重量作为承载能力指标。,5、控制方式 控制轴的方式 是伺服还是非伺服，伺服控制方式是实现连续轨迹还是点到点的运动。 6、驱动方式 关节执行器的动力源形式 7、精度 实际到达的位置与理想位置的差距,8、重复精度 在相同的命令下，机器人多次轨迹之间的误差度量 任何一台机器人在同 一环境、同一条件、同 一动作、同一指令下， 每一次动作位置不可能 完全一致，重复定位精 度是指各次不同位置距 离平均位置的最大偏差。 9、分辨率 能够实现的最小移动距离或最小转动角度,

6、重复定位精度0.2,一、机器人机械结构的组成（如下图）,机械部分,1 手部,2 手腕,3 臂部,4 机身,末端执行器,联接手部和手臂的部分，主要改变手部的空间方向和将作业载荷传递到手臂,联接机身和手腕的部分，改变手部的空间位置，并将各种载荷传递到机座,起到支承作用,第三节 机器人的机械结构与运动,二、机器人机构的运动,1、手臂的运动,垂直移动,径向移动,回转运动,机器人手臂的上下运动,手臂的伸缩运动,机器人绕铅垂轴的转动,2、手腕的运动,手腕旋转,手腕弯曲,手腕侧摆,手腕绕小臂轴线的转动,手腕的上下摆动,手腕的水平摆动,机身是直接连接、支承和传动手臂及行走机构的部件。它是由臂部运动(升降、平移

7、、回转和俯仰)机构及有关的导向装置、支撑件等组成。,一般情况下，实现臂部的升降、回转或或俯仰等运动的驱动装置或传动件都安装在机身上。,三、机身和臂部机构,1、机身机构,升降回转型机身机构,仰俯型机身结构,直移型机身结构,类人机器人机身结构,常用的机身机构如下：,2、臂部结构 手臂部件（简称臂部）是机器人的主要执行部件，它的作用是支承腕部和手部，并带动它们在空间运动。 机器人的臂部主要包括臂杆以及与其伸缩、屈伸或自转等运动有关的构件，如传动机构、驱动装置、导向定位装置、支撑联接和位置检测元件等。,）伸缩型臂部结构 ）转动伸缩型臂部结构 ）屈伸型臂部结构 ）其他专用的机械传动臂部结构,根据臂部的运

8、动和布局、驱动方式、传动和导向装置的不同可分为：,机身和臂部的配置形式反映了机器人的总体布局。目前常用的形式有：,3、机身和臂部的配置型式,（）横梁式 （）立柱式 （）机座式 （）屈伸式,单臂悬挂式 双臂悬挂式,（1）横梁式 机身设计成横梁式，用于悬挂手臂部件，运动形式多为移动式。,（2）立柱式 运动型式多采用回转型、俯仰型或屈伸型的运动型式。（常见）,（3）机座式 机身设计成机座 式，这种机器人可以是 独立的、自成系统的完 整装置，可以随意安放 和搬动。,（4）屈伸式 屈伸式机器人的臂部由大小臂组成，大小臂间有相对运动，称为屈伸臂。可以实现平面运动，也可以作空间运动。,平面屈伸型 空间屈伸型

9、,四、手腕结构 手腕是联接手臂和手部的结构部件，具有独立的自由度。,（1）作用：调整或改变工件的姿态(方位)，因而它有独立的自由度，已使机器人手部适应复杂的动作要求。 （2）自由度：三个自由度,要确定手部的作业方向，一般需要三个自由度，这三个回转方向为： ）臂转绕小臂轴线方向的旋转。 ）手转使手部绕自身的轴线方向旋转。 ）腕摆使手部相对于臂进行摆动,手腕结构多为上述三个回转方式的组合，组合的方式可以有多种形式，常用的手腕组合的方式,臂转、腕摆、手转结构 臂转、双腕摆、手转结构,腕部实际所需要的自由度数目应根据机器人的工作性能要求来确定。在有些情况下，腕部具有两个自由度：翻转和俯仰或翻转和偏转。

10、一些专用机械手甚至没有腕部，但有的腕部为了特殊要求还有横向移动自由度。,手腕的分类 1）按自由度数目来分类： 单自由度手腕 二自由度手腕 三自由度手腕,(1)单自由度手腕,(2)二自由度手腕 如下图：二自由度手腕可以由一个R关节和一个B关节组成BR手腕(a)；也可以由两个B关节组成BB手腕(b)。但是，不能由两个R关节组成RR手腕，因为两个R关节共轴线，所以退化了一个自由度，实际只构成了单自由度手腕 (c),(3)三自由度手腕,如左图所示。三自由度手腕可以由B关节和R关节组成许多种形式。此外，B关节和R关节排列的次序不同，也会产生不同的效果，也产生了其它形式的三自由度手腕。为了使手腕结构紧凑，

11、通常把两个B关节安装在一个十字接头上，这对于BBR手腕来说大大减小了手腕纵向尺寸。,2）柔顺手腕结构 在用机器人进行的精密装配作业中,当被装配零件之间的配合精度相当高, 由于被装配零件的不一致性,工件的定位夹具、机器人手爪的定位精度无法满足装配要求时,会导致装配困难, 因而,需要柔顺性装配。 柔顺性装配技术有两种。一种是从检测、控制的角度, 采取各种不同的搜索方法,实现边校正边装配;有的手爪还配有检测元件,如视觉传感器、力传感器等, 这就是所谓主动柔顺装配。另一种是从结构的角度, 在手腕部配置一个柔顺环节,以满足柔顺装配的需要, 这种柔顺装配技术称为被动柔顺装配。,柔顺手腕,机器人手部是机器人

12、为了进行作业，在手腕上配置的操作机构。因此有时也称为末端操作器。 1、作用：机器人直接用于抓取和握紧（或吸附）工件或操持专用工具（如喷枪、扳手、砂轮、焊枪等）进行操作的部件，它具有模仿人手动作的功能，并安装于机器人手臂的最前端。,五、手部机构,2、工业机器人手部的特点： (1)手部与手腕相连处可拆卸。手部与手腕有机械接口，也可能有电、气、液接头，当工业机器人作业对象不同时，可以方便地拆卸和更换手部。 (2)手部是工业机器人末端操作器。它可以像人手那样具有手指，也可以是不具备手指的手；可以是类人的手爪，也可以是进行专业作业的工具，比如装在机器人手腕上的喷漆枪、焊接工具等。,每个手指有三个或四个关

13、节。技术关键是手指之间的协调控制。,末端操作器图例（2）：,(3)手部的通用性比较差。工业机器人手部通常是专用的装置，比如：一种手爪往往只能抓握一种或几种在形状、尺寸、重量等方面相近似的工件；一种工具只能执行一种作业任务。 (4)手部是一个独立的部件。假如把手腕归属于手臂，那么工业机器人机械系统的三大件就是机身、手臂和手部(未端操作器)。手部对于整个工业机器人来说是完成作业好坏、作业柔性好坏的关键部件之一。具有复杂感知能力的智能化手爪的出现，增加了工业机器人作业的灵活性和可靠性。 由于被握工件的形状、尺寸、 重量、 材质及表面状态等不同,因此工业机器人末端操作器是多种多样的, 大致可分为以下几

14、类: ,3、手部的分类,功能形态,工业机器人手部,仿人机器人手部,握持原理,夹持式,吸附式,手指,传动机构,V型指,平面指,尖指,特形指,回转型,平移型,平面平移,直线往复,磁吸,气吸,真空吸,负压吸,挤压吸,夹持式,钩托式,弹簧式,1）机械夹持式 机械夹持式手部与人手相似, 是工业机器人广为应用的一种手部形式。机械夹持式手由手指（或手爪）、驱动机构、传动机构及连接与支承元件组成，它通过手指的开、合动作实现对物体的夹持操作。,（1）夹钳式,常用形式，由手指（手爪）、驱动装置、传动机构和承接支架组成，通过手爪开闭动作实现夹持。,手指,直接与物件接触，张开与闭合实现了对物件的松开和夹紧； 适当的开

15、闭范围，足够握力，相应精度； 通常两个手指，或三个，结构形式取决于被夹持工件的形状和特性； V形指：圆柱形， 平面指：方形工件； 尖指：小型或柔性工件； 专用：形状不规则工件；,根据工件形状、大小、及被夹持部位材质软硬、表面性质不同，有光滑值面、齿形指面和柔性指面； 光滑指面：指面平整光滑，已加工表面受损 齿形指面：指面有齿纹，毛坯或半成品，增加摩擦力，确保夹紧可靠； 柔性指面：指面镶衬橡胶、泡沫、石棉等，夹持已加工表面、炽热件，或薄壁件或脆性工件，增加摩擦，保护工件表面，隔热等；,指面形式,2）传动机构,以向手指传递运动和动力，实现夹紧和松开动作，回转型和平移型两类； 夹钳式手部多用回转型，

16、手指是一对或几对杠杆，同斜楔、滑槽、连杆、齿轮、蜗轮蜗杆或螺杆组成复合式杠杆传动机构，以改变传力比及运动方向；,回转运动形式是机器人机械 夹持式手最基本的形式，常用的 机构有： 楔块杠杆式 楔块杠杆式回转型手当驱动 器推动楔块前进时，通过楔块的 斜面与杠杆作用，使手爪产生夹 紧动作和夹紧力，当楔块后退时，靠弹簧的拉力使手爪松开。,回转型传动机构,滑槽杠杆式 滑槽杠杆式回转型 手当驱动器推动中心杆 向上运动时，圆柱销在 两杠杆的滑槽中移动， 迫使与支架相铰接的手 爪产生夹紧动作和夹紧 力，当中心杆向下运动 时，手抓松开。,连杆杠杆式 连杆杠杆式回转型手当驱动器 推动中心杆上下运动时，由中心杆、

17、连杆、手爪和支架就构成四杆机构， 从而迫使手爪完成夹紧和松开动作。 需要注意的是，当中心杆向下运动， 两个连杆处于一条水平线时，手爪已闭合到最小极 限位置，当中心杆继续向下运动时，手爪不但不会 闭合的更紧，反而会松开，这是使用连杆杠杆式回 转手时一定要避免的情况。,齿轮齿条式 齿轮齿条式回转 型手中心杆的端部两 侧有齿条，与固定在 手爪上的齿轮相啮合， 当中心杆上下运动时， 在齿轮齿条的啮合作 用下就带动两个手爪 回转，从而产生夹紧 和松开动作。,平移型夹钳式手部是通过手指的指面作直线往复运动或平面移动来实现张开或闭合动作的, 常用于夹持具有平行平面的工件(如冰箱等)。其结构较复杂,不如回转型

18、手部应用广泛。 根据结构分为平面平行移动机构和直线往复移动机构：驱动器和驱动元件带动平行四边形铰链机构以实现手指平移；直线往复移动；,平移型传动机构,平面平行移动机构：,(2）钩托式手部 勾托式手部并不靠夹紧力来夹持工件, 而是利用工件本身的重量, 通过手指对工件的勾、托、捧等动作来托持工件。应用勾托方式可降低对驱动力的要求,简化手部结构, 甚至可以省略手部驱动装置。该手部适用于在水平面内和垂直面内搬运大型笨重的工件或结构粗大而质量较轻且易变形的物体。 勾托式手部又有手部无驱动装置和驱动装置两种类型。,无驱动装置 有驱动装置,(3）弹簧式手部 弹性力手爪的特点是其夹持物体的抓力是由弹性元件提供

19、的,不需要专门的驱动装置, 在抓取物体时需要一定的压入力, 而在卸料时, 则需要一定的拉力，结构简单，只适于夹持轻小工件。,弹簧式手部,2)吸附式,依靠吸附力取料，分气吸附和磁吸附两种，适用于爪取大平面、易碎、微小物体； 气吸式手部是常用的一种吸持式装置，利用吸盘内压力和大气压力差工作，由吸盘、吸盘架及进排气系统组成，结构简单、重量轻、使用方便；应用于非金属材料（板材、纸张、玻璃等）或不可有剩磁的材料吸附；要求物体表面平整光滑，无透气空隙； 形成压力差方式：真空吸附、气流负压吸附、挤压吸附；,真空抽气式,真空泵产生真空，真空度高，吸力大，工作可靠，成本高； 橡胶盘，靠近物体表面，抽真空，吸附；

20、接通大气，放下； 背部球铰接；,气流负压式,压缩空气高速流经喷嘴，腔内气体被高速气流带走形成负压，完成取物；切断压缩空气即可释放； 压缩空气取来方便，成本低；,挤压排气式,取料时吸盘压紧物体，吸盘变形，挤出多余气体，手部上升靠吸盘恢复力形成负压将物体吸住；压下推杆连同大气释放； 结构简单，吸附力小，防止漏气，不宜长期保持；,（3）磁吸式 依靠永磁体或电磁铁的磁力吸附，单位面积吸力大，对工件表面粗糙度、通孔、沟槽无特殊要求，但只对铁磁物体起作用，被吸工件存在剩磁，铁屑，致使不能可靠地吸住工件， 只适用于工件要求不高或有剩磁也无妨的场合，对不允许有剩磁的工件要禁止使用，所以磁吸式手的使用有一定的局

21、限性。 根据磁场产生的方法不同，磁吸式手可分为： 永磁式 励磁式,永磁式 永磁式磁吸式手是利用永久磁钢的磁吸力 来工作的，通过移动隔磁物体来改变吸盘内的 磁力线回路，从而达到吸住和释放工件的目的 （也可用外力强迫取下工件）。 优点：具有不需电源，结构简单，安全可靠等 缺点：长时间使用后会出现磁吸力减弱的现 象，而且对同样重量的吸盘来讲，其吸力不及电磁式。,电磁式 电磁式磁吸式手是用接通和切断电磁线圈中的电流（直流或交流），产生和消除磁吸力的方法来吸住和释放工件的，当衔铁接触铁磁性工件时，工件被磁化形成磁力线回路并受到电磁吸力而被吸住。,如下图所示为几种电磁式吸盘吸料示意图。 图(a)为吸附滚动

22、轴承底座的电磁式吸盘;图(b)为吸取钢板的电磁式吸盘; 图(c)为吸取齿轮用的电磁式吸盘; 图(d)为吸附多孔钢板用的电磁式吸盘。,对不同形状、不同材质的物体实施夹持和操作，物体表面受力均匀，提高操作能力、灵活性和快速反应能力，仿人手； 柔性手：多关节串联，钢丝绳牵引，凹凸不平的物体受力均匀； 多指灵活手：多手指组成，每个手指三个回转关节，每个关节独立控制；,3、仿人机器人的手部,每个手指由多个关节串联而成。手指传动部分由牵引钢丝绳及摩擦滚轮组成,每个手指由两根钢丝绳牵引,一侧为握紧,另一侧为放松。驱动源可采用电机驱动或液压、气动元件驱动。柔性手腕可抓取凹凸不平的外形并使物体受力较为均匀。,1

23、）柔性手,图多关节柔性手腕,机器人手爪和手腕最完美的形式是模仿人手的多指灵巧手。 如右图所示,多指灵巧手有多个手指, 每个手指有3个回转关节, 每一个关节的自由度都是独立控制的。因此,几乎人手指能完成的各种复杂动作它都能模仿,诸如拧螺钉、弹钢琴、 作礼仪手势等动作。在手部配置触觉、力觉、视觉、温度传感器, 将会使多指灵巧手达到更完美的程度。多指灵巧手的应用前景十分广泛,可在各种极限环境下完成人无法实现的操作, 如核工业领域、宇宙空间作业, 在高温、高压、高真空环境下作业等。,图 多指灵巧手,2） 多指灵巧手,最小的三指手,BHII 三指手,四指灵巧手,灵巧的双手,DLR多指手,哈工大多指手,六

24、、行走机构,行走机构是行走机器人的重要执行部件,它由驱动装置、传动机构、位置检测元件、传感器、电缆及管路等组成。它一方面支承机器人的机身、臂部和手部，另一方面还根据工作任务的要求，带动机器人实现在更广阔的空间内运动。 针对陆上表面环境的。其机构形式主要有： 车轮式行走机构 履带式行走机构 足式行走机构， 此外，还有步进式行走机构、蠕动式行走机构、混合式行走机构和蛇行式行走机构等，以适合于各种特别的场合。,1、车轮式行走机构,轮式移动系统机构简单，质量轻，功耗小，控制方便，运动灵活。缺点是其越野能力较差，但可以通过选择合适的悬架系统来提高其地形适应能力。,（）车轮的形式 车轮的形状或结构形式取决

25、于地面的性质和车辆 的承载能力。,（）车轮的配置和转向机构 车轮行走机构依据车轮的多少分为1轮、2轮、3轮、4轮以及多轮机构。 1轮和2轮行走机构在实现上的主要障碍是稳定性问题，实际应用的车轮式行走机构多为3轮和4轮。,两轮型 三轮型 四轮型 多轮型,两轮型 二轮车的速度、倾斜度等物理精度不高, 而若将其进行机器人化, 则引进简单、便宜、可靠性高的传感器也很难。 此外,二轮车制动及低速行走时极不稳定, 目前正在进行稳定化试验。下图所示为利用陀螺仪的二轮车。人们在驾驶两轮车时, 依靠手的操作和体重的移动力求稳定行走,这种陀螺二轮车, 把与车体倾斜成比例的力矩作用在轴系上, 利用陀螺效果使车体稳定

26、。,图 利用陀螺仪的二轮车,三轮型 三轮移动机构是车轮型机器人的基本移动机构。目前, 作为移动机器人移动机构的三轮机构的原理如图2所示。(a)由两个驱动轮的速度差和自位轮转弯；(b)由一个驱动轮和转向机构转弯；(c)由两个驱动轮的速度差和转向机构（操舵轮）转弯。,图 2三轮车型移动机器人机构,四轮型 四轮车的驱动机构和运动基本上与三轮车相同。 图2.64(a)所示为两轮独立驱动, 前后带有辅助轮的方式。 与图 (b)相比, 当旋转半径为0时, 由于能绕车体中心旋转, 因此有利于在狭窄场所改变方向。 图2.64(b)是所谓汽车方式, 适合于高速行走, 但用于低速的运输搬运时, 费用不合算, 所以

27、小型机器人不大采用。,越障轮式机构 普通车轮行走机构对崎岖不平地面适应性很差，为了提高轮式车辆的地面适应能力，研究了越障轮式机构。 多节车轮式结构,2）履带式行走机构,履带式移动机构是轮式移动机构的拓展，履带本身起着给车轮连续铺路的作用，着地面积较大，压强较小，与路面的粘着力较强，能在不平和松软的路面上稳定移动，具有很强的越野能力，控制也简单。但功耗较大，运动灵活性差。,履带行走机构与轮式行走机构相比，有如下特点： （1）支承面积大，接地比压小。适合于松软或泥泞场地进行作业，下陷度小，滚动阻力小。 （2）越野机动性好，爬坡、越沟等性能均优于轮式行走机构 （3）履带支承面上有履齿，不易打滑，牵引

28、附着性能好，有利于发挥较大的牵引力； （4）结构复杂，重量大，运动惯性大，减振功能差，零件易损坏.,通过进一步采用适应地形的履带, 可产生更有效地利用履带特性的方法。 下图是适应地形的履带的例子。,越障,上、下台阶,位置可变履带行走机构,变位履带移动机构,救援机器人,3)足式行走机构,离散点，选择支撑； 主动隔振； 不平、松软地面速度高能耗少；,（）足的数目 现有的步行机器人的足数分别为单足、双足、三足、四足、六足、八足甚至更多。足的数目多，适合于重载和慢速运动。双足和四足具有最好的适应性和灵活性，也最接近人类和动物。,：世界上最先进的四足机器BigDog“大狗”,下图为六足缩放式腿步行机构原

29、理，每腿有三个转动关节（、）。行走时，三腿为一组，足端以相同位移移动，二组相差一定时间间隔进行移动，可以实现xy平面内任意方向行走和原地转动。,图,（2）足的配置,足的主平面的安排,正向对称分布 前后向对称分布,足的配置指足相对于机体的位置和方位的安排，这个问题对于多于两足时尤为重要。就二足而言，足的配置或者是一左一右，或者是一前一后。后一种配置因容易引起腿间的干涉而实际上很少用到。,足的几何构型,哺乳动物形 爬行动物 昆虫形,足的相对方位,内侧相对弯曲 外侧相对弯曲 同侧弯曲,（3）足式行走机构的平衡和稳定性,静态稳定的多足机 动态稳定,4）其它移动方式,爬缆索机器人,蛇形机器人,第四节 机

30、器人的驱动机构,机器人关节的驱动方式有： （1）液压式 （2）气动式 （3）电动式。,一、驱动方式,1、液压驱动,液压驱动是由高精度的缸体和活塞一起完成的。活塞和缸体采用滑动配合, 压力油从液压缸的一端进入, 把活塞推向液压缸的另一端, 调节液压缸内部活塞两端的液体压力和进入液压缸的油量即可控制活塞的运动。,优点:,(1) 液压容易达到较高的单位面积压力(常用油压为2.56.3 MPa), 体积较小, 可以获得较大的推力或转矩。 (2) 液压系统介质的可压缩性小, 工作平稳可靠, 并可得到较高的位置精度。 (3) 液压传动中, 力、 速度和方向比较容易实现自动控制。 (4) 液压系统采用油液作

31、介质,具有防锈性和自润滑性能, 可以提高机械效率, 使用寿命长。,存在的不足: (1) 油液的粘度随温度变化而变化, 这将影响工作性能。高温容易引起燃烧、爆炸等危险。 (2) 液体的泄漏难于克服,要求液压元件有较高的精度和质量, 故造价较高。 (3) 需要相应的供油系统,尤其是电液伺服系统要求严格的滤油装置,否则会引起故障。,液压驱动方式的输出力和功率更大，能构成伺服机构，常用于大型机器人关节的驱动。, 右图为一气动机械手。该机械手采用气动方式驱动, 有三个自由度, 分别为转动(由摆动气缸实现)、X轴移动(由X轴直线气缸实现)和Z轴升降(由Z轴气缸实现)。末端操作器为小型气流负压式吸盘。,图

32、气动机械手,2、气压驱动,与液压驱动相比, 气压驱动的特点是: (1) 压缩空气粘度小, 容易达到高速(1 ms)。 (2) 利用工厂集中的空气压缩机站供气, 不必添加动力设备。 (3) 空气介质对环境无污染,使用安全,可直接应用于高温作业。 (4) 气动元件工作压力低, 故制造要求也比液压元件低。,气压驱动的不足: (1) 压缩空气常用压力为0.40.6 MPa, 若要获得较大的压力,其结构就要相对增大。 (2) 空气压缩性大,工作平稳性差, 速度控制困难,要达到准确的位置控制很困难。 (3) 压缩空气的除水问题是一个很重要的问题,处理不当会使钢类零件生锈, 导致机器人失灵.此外,排气还会造

33、成噪声污染。,3、电动机驱动 1）普通交流电动机驱动 2）交、直流伺服电动机驱动 3）步进电动机驱动,输出力矩大，但控制性能差，惯性大，适用于中型或重型机器人,用于闭环控制系统，输出力矩相对小，控制性能好，可实现速度和位置的精确控制，适用于中小型机器人,用于开环控制，一般用于对速度和位置要求不高的场合,电动机使用简单，且随着材料性能的提高，电机性能也逐渐提高。所以总的看来，目前机器人关节驱动逐渐为电动式所代替。,驱动方式的特点,二、驱动机构,驱动机构,由于旋转驱动的旋转轴强度高，摩擦小、可靠性好等优点，在结构设计中应尽量多采用。但是在行走机构关节中，完全采用旋转驱动实现关节伸缩有如下缺点： （1）旋转运动虽然也能转化得到直线运